CN112086393A - 基板固定装置及其制造方法 - Google Patents

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柳泽启晴
中村祐一
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Abstract

本发明提供一种基板固定装置和制造基板固定装置的方法，该基板固定装置包括：底板；静电吸附部件，其吸附并保持基板；支撑部件，其布置在底板上以支撑静电吸附部件；以及粘合层，其将静电吸附部件粘合至底板。支撑部件与底板直接接触，并与静电吸附部件直接接触。支撑部件的弹性模量高于粘合层的弹性模量。

Description

基板固定装置及其制造方法
技术领域
本申请涉及一种基板固定装置及基板固定装置的制造方法。
背景技术
通常，在基板固定装置的制造方法中，使用粘合层将静电吸附部件粘接到底板上。在粘接时，将由底板、粘合层和静电吸附部件形成的结构体放置在平板上，从而使静电吸附部件的吸附面与平板接触，并且随后对底板的下表面施加载荷。另外，在俯视时，在底板和平板之间的粘合层的外侧设置有隔离物，以使底板的下表面和静电吸附部件的吸附面彼此平行(参见例如JP-A-2000-183143和JP-A-2016-012608)。
然而，在通过上述方法制造的基板固定装置中，在静电吸附部件的吸附面中可能不能获得令人满意的均匀温度特性。即，静电吸附部件的吸附面的温度有可能发生变化。
发明内容
某些实施例提供了一种基板固定装置。基板固定装置包括：底板；静电吸附部件，其吸附并保持基板；支撑部件，其布置在所述底板上以支撑所述静电吸附部件；以及粘合层，其将所述静电吸附部件粘合至所述底板。所述支撑部件与所述底板直接接触，并与所述静电吸附部件直接接触。所述支撑部件的弹性模量高于所述粘合层的弹性模量。
附图说明
图1是简化地示出根据实施例的基板固定装置的剖视图；
图2A至图2D是示出了根据实施例的制造基板固定装置的方法的视图(部分1)；
图3A和图3B是示出了根据实施例的制造基板固定装置的方法的视图(部分2)；
图4A至图4C是示出了根据实施例的制造基板固定装置的方法的视图(部分3)；
图5A和图5B是示出了根据实施例的制造基板固定装置的方法的视图(部分4)；
图6A示出了布置在底板上的支撑柱结构体的布局的第一实例；
图6B示出了布置在底板上的支撑柱结构体的布局的第二实例；
以及
图6C示出了布置在底板上的支撑柱结构体的布局的第三实例。
具体实施方式
本发明人为了深入地观察背景技术的基板固定装置中静电吸附部件的吸附面中的温度变化的原因而进行了深入研究。结果，可以清楚地看出，静电吸附部件的厚度可能不均匀，并且在这种情况下，粘合层厚度的面内均匀性(inplane uniformity)受到破坏，从而导致静电吸附部件的吸附面中的温度变化。
本公开是基于这一发现完成的。本发明的目的在于，即使在静电吸附部件的厚度不均匀的情况下，也能够提高粘合层的厚度的面内均匀性，并且能够提高静电吸附部件的吸附面的温度均匀性。
以下将参照附图具体描述本公开的实施例。顺便提及，由于在本公开的描述和附图中具有基本相同的功能构造的组成元件相应地分别由相同的符号表示，所以可以省略关于组成元件的重复描述。
[基板固定装置的结构]
图1是简化地示出根据实施例的基板固定装置的剖视图。参照图1，基板固定装置1具有作为主要构成元件的底板10、粘合层20、支撑柱结构体21和静电吸附部件50。
底板10是用于在其上安装静电吸附部件50的部件。例如，底板10具有金属板11和设置在金属板11上的树脂层12。金属板11可以制成为例如约20mm至50mm厚。金属板11例如由铝形成，并且还可以用作用于控制等离子体的电极等。通过向金属板11供给预定的高频电能，能够控制使在等离子体状态下产生的离子等碰撞吸附在静电吸附部件50上的诸如晶片等基板的能量，从而能够有效地蚀刻基板。
在金属板11的内部设置有水道15。在水道15的一端设置有冷却水引入部15a，并且在水道15的另一端设置有冷却水排出部15b。水道15连接到设置在基板固定装置1外部的冷却水控制装置(未示出)。冷却水控制装置(未示出)将冷却水从冷却水引入部15a引入水道15，并从冷却水排出部15b排出冷却水。冷却水在水道15中循环以冷却金属板11。因此，可以冷却吸附在静电吸附部件50上的基板。在金属板11中，除了水道15以外，还可以设置引入惰性气体来冷却被静电吸附部件50吸附的基板的气道等。
树脂层12用于基板固定装置1的热阻的调节。可以省略树脂层12。
静电吸附部件50具有加热部分30和静电吸盘40，以吸附并保持作为待吸附对象的诸如晶片等基板。
加热部分30具有绝缘层31和内置在绝缘层31中的发热元件32。每个发热元件32都覆盖有绝缘层31以保护其不受外界影响。优选地使用轧制合金作为发热元件32的材料。通过使用该轧制合金，可以减小发热元件32的厚度变化，从而可以改善发热分布。顺便提及，发热元件32不一定必须内置在绝缘层31的厚度方向的中央部，也可以根据需要的规格相对于绝缘层31的厚度方向的中央部而在底板10侧或静电吸盘40侧不均匀地分布。
每个发热元件32的比电阻优选地在10μΩ/cm至70μΩ/cm的范围内，更优选地在10μΩ/cm至50μΩ/cm的范围内。如果使用比电阻为约100μΩ/cm的NiCr基发热元件，则在20Ω至50Ω布线设计中布线将为约1至2mm宽且约50μm厚，从而难以获得发热元件的更精细图案。使发热元件32的比电阻在低于NiCr基发热元件的比电阻的10μΩ/cm至70μΩ/cm的范围内。因此，在与前述发热元件相同或相似的20Ω至50Ω布线设计中，可以使发热元件32的图案更精细。顺便提及，当比电阻小于10μΩ/cm时，发热特性将劣化。
适用于发热元件32的轧制合金的具体实例可以列举为CN49(康铜)(Cu/Ni/Mn/Fe合金)、Zeranin(Cu/Mn/Sn合金)、锰铜(Cu/Mn/Ni合金)等。顺便提及，CN49(康铜)的比电阻为约50μΩ/cm，Zeranin的比电阻为约29μΩ/cm，并且锰铜的比电阻为约44μΩ/cm。考虑到通过蚀刻产生的布线可成形性，每个发热元件32的厚度优选不大于60μm。
例如，可以使用具有高导热率和高热阻的环氧树脂、双马来酰亚胺三嗪树脂等作为绝缘层31的材料。优选使绝缘层31的导热率不低于3W/(m·K)。通过在绝缘层31中包含氧化铝、氮化铝等填料，可以提高绝缘层31的导热率。另外，优选使绝缘层31的玻璃化转变温度(Tg)不低于250℃。另外，优选使绝缘层31的厚度在约100μm至约150μm的范围内。优选使绝缘层31的厚度变化不大于±10％。
顺便提及，为了提高在高温下发热元件32和绝缘层31之间的紧密粘合性，优选地使每个发热元件32的至少一个面(上表面和下表面中的一个或两个)粗糙化。当然，发热元件32的上表面和下表面都可以被粗糙化。在这种情况下，在发热元件32的上表面上使用的粗糙化方法可以不同于在发热元件32的下表面上使用的粗糙化方法。对每种粗糙化方法没有特别限制。作为粗糙化方法，可以举出利用蚀刻的方法、利用偶联剂系表面改性技术的方法、利用波长355nm以下的UV-YAG激光进行点加工的方法等。
静电吸盘40吸附并保持作为待吸附对象的诸如晶片等基板。作为被静电吸盘40吸附的对象的基板的直径例如可以为约8英寸、12英寸或18英寸。
静电吸盘40设置在加热部分30上。静电吸盘40具有基体41和静电电极42。静电吸盘40例如是Johesen-Rahbek型静电吸盘。顺便提及，静电吸盘40也可以是库仑力型静电吸盘。
基体41是电介质。诸如氧化铝(Al2O3)和氮化铝(AlN)等陶瓷可以用作基体41。基体41可以例如制成为约1mm至10mm厚。可以使基体41的相对介电常数例如在1kHz的频率下为约9至10。静电吸盘40和加热部分30的绝缘层31彼此直接结合。由于加热部分30和静电吸盘40不是通过粘合剂而是直接相互结合，所以能够提高基板固定装置1的耐热温度。尽管加热部分30和静电吸盘40通过粘合剂彼此结合的基板固定装置的耐热温度为约150℃，但可以使基板固定装置1中的耐热温度可以为约200℃。
静电电极42是内置在基体41内的薄膜电极。静电电极42与设置在基板固定装置1外部的电源连接。当对静电电极42施加预定的电压时，在静电电极42和诸如晶片等基板之间产生由静电产生的吸附力，使得基板可以被吸附和保持在静电吸盘40上。施加于静电电极42的电压越高，吸附保持力越强。每个静电电极42可以是单极形状或双极形状。例如，钨、钼等可以用作静电电极42的材料。
粘合层20将加热部分30粘接至底板10。例如，硅基粘合剂可用作粘合层20的材料。粘合层20可以被制成例如约0.1mm至3mm厚。粘合层20的导热率优选为2W/(m·K)以上。粘合层20可以由一层形成，或者也可以由多层形成。例如，粘合层20形成为将导热率高的粘合剂和弹性模量低的粘合剂彼此组合的两层结构。因此，能够得到降低由粘合层20和铝制的金属板11之间的热膨胀差产生的应力的效果。
每个支撑柱结构体21将静电吸附部件50支撑在底板10上。支撑柱结构体21的弹性模量高于粘合层20的弹性模量。支撑柱结构体21的弹性模量优选是粘合层20的弹性模量的十倍以上。例如，支撑柱结构体21的弹性模量为数百MPa以上，而粘合层20的弹性模量为数十MPa以下。支撑柱结构体21可以用作底板10和静电吸附部件50之间的间隔物，以提高粘合层20的厚度的面内均匀性。支撑柱结构体21是支撑部件的实例。
[基板固定装置的制造方法]
图2A至图5B是示出根据实施例的基板固定装置的制造方法的视图。将参照图2A至图5B描述根据该实施例的基板固定装置的制造方法。顺便提及，图2A至图3B以及图5A是在将图1上下反转的状态下而绘制的。
首先，在图2A所示的步骤中，通过已知的制造方法制造内置在基体41中的静电吸盘40，该已知的制造方法包括在印刷电路基板(green sheet)中加工通孔、用导电膏填充通孔、形成图案化静电电极、沉积并烧结另一印刷电路基板、平坦化表面等步骤。顺便提及，为了提高与绝缘树脂膜311(参照图2B)的密合性，也可以利用喷砂处理等使将层叠有绝缘树脂膜311的静电吸盘40的面粗糙化。这样形成的基体41的厚度可能不均匀。
接着，在图2B所示的步骤中，在静电吸盘40上直接层叠绝缘树脂膜311。为了能够抑制空隙的混入，在真空中层叠绝缘树脂膜311是合适的。绝缘树脂膜311不固化，而是预先保持在半固化状态(B阶段)。绝缘树脂膜311通过半固化状态的绝缘树脂膜311的压敏粘合力而被临时固定在静电吸盘40上。
例如，可以使用具有高导热率和高热阻的环氧树脂、双马来酰亚胺三嗪树脂等作为绝缘树脂膜311的材料。优选地使绝缘树脂膜311的导热率不低于3W/(m·K)。由于绝缘树脂膜311中含有氧化铝、氮化铝等填料，因此可以提高绝缘树脂膜311的导热率。另外，优选地使绝缘树脂膜311的玻璃化转变温度不低于250℃。另外，从提高热传导性能(提高热传导速度)的观点出发，优选地使绝缘树脂膜311的厚度不大于60μm，并且优选地使绝缘树脂膜311的厚度的变化不大于±10％。
接着，在图2C所示的步骤中，在绝缘树脂膜311上布置有金属箔321。作为金属箔321的材料，可以使用示例为发热元件32的材料的轧制合金。考虑到通过蚀刻的布线可成形性，优选地使金属箔321的厚度不大于60μm。金属箔321通过处于半固化状态的绝缘树脂膜311的压敏粘合力而被临时固定在绝缘树脂膜311上。
顺便提及，在将金属箔321布置在绝缘树脂膜311上之前，优选地使金属箔321的至少一个面(上表面和下表面中的一者或两者)粗糙化。当然，金属箔321的上表面和下表面都可以被粗糙化。在这种情况下，在金属箔321的上表面上使用的粗糙化方法可以不同于在金属箔321的下表面上使用的粗糙化方法。对每种粗糙化方法没有特别限制。作为粗糙化方法，可以举出利用蚀刻的方法、利用偶联剂系表面改性技术的方法、利用波长355nm以下的UV-YAG激光进行点加工的方法等。
另外，在使用点加工的方法中，可以选择性地使金属箔321的必要区域粗糙化。因此，在使用点加工的方法中，不必使金属箔321的整个区域粗糙化，只要对金属箔321的被保留为发热元件32的最小区域进行粗糙化即刻。也就是说，不必粗糙化将通过蚀刻去除的平坦区域。
接着，在图2D所示的步骤中，金属箔321被图案化以形成发热元件32。具体地说，例如，将抗蚀剂形成在整个金属箔321上，并且抗蚀剂被曝光并显影，从而形成仅覆盖被保留为发热元件32的部分的抗蚀剂图案。接着，通过蚀刻去除金属箔321的未被抗蚀剂图案覆盖的部分。例如，氯化铜蚀刻溶液、氯化铁蚀刻溶液等可以用作用于去除金属箔321的蚀刻溶液。
然后，通过剥离溶液剥离抗蚀剂图案。因此，在绝缘树脂膜311上的预定位置处形成发热元件32(光刻法)。由于通过光刻法形成发热元件32，所以可以减小发热元件32的宽度尺寸之间的变化，从而可以改善发热分布。顺便提及，通过蚀刻形成的每个发热元件32可以例如具有大致类似梯形截面的形状。在这种情况下，发热元件32的接触绝缘树脂膜311的面的布线宽度以及与该面相反的面的布线宽度之间的差可以例如为约10μm到50μm。由于每个发热元件32的截面形状基本上类似于简单的梯形，所以可以改善发热分布。
接着，在图3A所示的步骤中，在绝缘树脂膜311上层叠绝缘树脂膜312，以覆盖发热元件32。为了能够抑制空隙的混入，在真空中层叠绝缘树脂膜312是合适的。例如可以使绝缘树脂膜312的材料与绝缘树脂膜311的材料类似或相同。然而，绝缘树脂膜312的厚度可以在绝缘树脂膜312可以覆盖发热元件32的范围内适当地确定。因此，绝缘树脂膜312的厚度不必总是与绝缘树脂膜311的厚度相同。
接着，在图3B所示的步骤中，在将绝缘树脂膜311、312按压到静电吸盘40的同时，将绝缘树脂膜311、312加热到固化温度以上并使绝缘树脂膜311、312固化。由此，绝缘树脂膜311、312被一体化到绝缘层31中。形成发热元件32被绝缘层31覆盖的加热部分30，使得加热部分30的绝缘层31与静电吸盘40彼此直接接合。考虑到返回到正常温度时的应力，优选使绝缘树脂膜311和312的加热温度不高于200℃。
顺便提及，在将绝缘树脂膜311、312按压到静电吸盘40的同时通过加热使绝缘树脂膜311、312固化。因此，能够减少因发热元件32的有无而受到影响的绝缘层31的上表面(不与静电吸盘40接触的一侧的表面)的凹凸，并使该上表面平坦化。优选地使绝缘层31的上表面的凹凸不大于7μm。因为使绝缘层31的上表面的凹凸不大于7μm，所以在下一步骤中可以防止气泡包含在绝缘层31和粘合层20之间。也就是说，可以防止绝缘层31和粘合层20之间的粘合性劣化。
这样，可以制造静电吸附部件50。
如图4A所示，以与静电吸附部件50分开的方式，以如下方式制造底板10。即，制备已预先形成有水道15等的金属板11，并且在该金属板11上形成树脂层12。接着，通过使用分配器60等，在树脂层12上将形成支撑柱结构体21的预定位置处，以半固化状态(B阶段)形成由作为支撑柱结构体21的材料的树脂制成的柱状体22。接着，通过使用烘箱等将柱状体22加热到固化温度以上使其固化。柱状体22形成为高度比支撑柱结构体21高。
接着，如图4B所示，通过使用研磨机等研磨柱状体22的末端，直到柱状体22变成支撑柱结构体21那样的高度。结果，得到支撑柱结构体21。
接着，如图4C所示，在底板10上形成半固化状态(B阶段)的粘合层20。将静电吸附部件50上下翻转，然后将静电吸附部件50布置在粘合层20上，使得加热部分30与粘合层20相对。
接着，如图5A所示，将图4C所示的结构体放置在平板70上。在此期间，将图4C所示的结构体上下翻转，然后将图4C所示的结构体放置在平板70上，从而使静电吸盘40的上表面面向平板70的上表面。在对金属板11的下表面施加负载的同时，通过烘箱等将粘合层20加热到固化温度以上使其固化。即，为了使粘合层20固化，在加热静电吸附部件50和底板10的同时对它们进行按压。
接着，释放负载。如图5B所示，对静电吸盘40的上表面(吸附面)进行研磨，从而使静电吸盘40的上表面与金属板11的下表面平行。
以这种方式，可以制造基板固定装置1。
在本实施例中，支撑柱结构体21在粘合层20固化时用作底板10与静电吸附部件50之间的间隔物。因此，可以获得优异的粘合层20的厚度的面内均匀性。因此，能够抑制静电吸盘40的吸附面的温度变化，从而能够得到优异的均匀温度特性。
尽管支撑柱结构体21的数量不受限制，但是，例如，支撑柱结构体21设置在垂直于基板固定装置1的厚度方向的平面中的至少三个点处，至少三个点是彼此不同的点并不在同一直线上。就此而言，例如，底板10上可以可选地布置有在二十个点或更多点处的支撑柱结构体21。另外，所有支撑柱结构体21的高度都相同。当支撑柱结构体21在垂直于基板固定装置1的厚度方向的平面中所占的比率较高时，可以提高粘合层20的厚度的均匀性，从而可以获得优异的均匀温度特性。另一方面，支撑柱结构体21在垂直于基板固定装置1的厚度方向的平面中所占的比率较越低，则粘合层20所占的比率越高，从而底板10与静电吸附部件50之间的粘合力越强。优选地，考虑到这些事实来确定支撑柱结构体21在垂直于基板固定装置1的厚度方向的平面中所占的比率。
另外，支撑柱结构体21可以布置成相对于底板10的中心点而点对称(参照图6A)。在这种情况下，可以提高粘合层20的厚度的均匀性。此外，每个支撑柱结构体21的直径可以在3mm至10mm的范围内。
此外，如图6B所示，支撑柱体21可以布置在底板10的中心点上，并且布置在圆心对应于底板10的中心点的圆的圆周上。如图6C所示，支撑柱体21可以布置在底板10的中心点上，并且布置在两个同心圆的圆周上，每个同心圆的圆心对应于底板10的中心点。
树脂层12、粘合层20和支撑柱结构体21的材料不受限制。作为树脂层12、粘合层20和支撑柱结构体21的材料，例如可以列举出硅酮树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂和聚酰亚胺树脂等。树脂层12、粘合层20和支撑柱结构体21可以使用这些树脂的复合材料。如上所述，支撑柱结构体21的弹性模量高于粘合层20的弹性模量。因此，支撑柱结构体21的树脂的平均分子量优选地高于粘合层20的树脂的平均分子量。另外，支撑柱结构体21的树脂的交联点的数量优选地大于粘合层20的树脂的交联点的数量。另外，在粘合层20和支撑柱结构体21中可以含有填料。支撑柱结构体21优选含有比粘合层20多的填料。或者，支撑柱结构体21可以含有填料，而粘合层20不含填料。作为填料的材料的实例，可以列举出二氧化硅、氧化铝、氮化铝等。
另外，树脂层12的弹性模量优选地高于粘合层20的弹性模量。这是为了保持粘合层20的厚度均匀。树脂层12的树脂的平均分子量优选地高于粘合层20的树脂的平均分子量。另外，树脂层12的树脂的交联点的数量优选地大于粘合层20的树脂的交联点的数量。另外，在树脂层12中可以包含填料。树脂层12优选含有比粘合层20多的填料。树脂层12可以包含填料，而粘合层20不含填料。
支撑柱结构体21的导热率与粘合层20的导热率之差优选地较小，例如为2W/(m·K)以下，更优选为1W/(m·K)以下。这能够在吸附面上得到优异的均匀温度特性。树脂层12的导热率没有限制。能够根据基板固定装置1所要求的导热率适当地选择树脂层12的材料。
支撑柱结构体21的热膨胀系数优选与粘合层20的热膨胀系数处于相同水平，例如为粘合层20的热膨胀系数的0.1倍以上且10倍以下。这在加热期间获得优异的形状稳定性。
金属板11的表面可以通过氧化铝喷涂等来绝缘。通过绝缘处理，可以更可靠地抑制金属板11和静电电极42之间的放电。
发热元件32可以内置在基体41中而不设置绝缘层31。另外，可以省去加热部分30。在这些情况下，粘合层20将基体41粘接到底板10。
尽管上文详细说明了优选实施例等，但本发明并不限定于上述实施例等，并且在不脱离权利要求书所记载的范围的情况下，能够对上述实施例等进行各种变型、替换。
本申请要求在2019年6月13提交的日本专利申请No.2019-110515的优先权，该日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

Claims (16)

1.一种基板固定装置，包括：
底板；
静电吸附部件，其吸附并保持基板；
支撑部件，其布置在所述底板上以支撑所述静电吸附部件；以及
粘合层，其将所述静电吸附部件粘合至所述底板，其中，
所述支撑部件与所述底板直接接触，并与所述静电吸附部件直接接触，并且
所述支撑部件的弹性模量高于所述粘合层的弹性模量。
2.根据权利要求1所述的基板固定装置，其中，
所述支撑部件的弹性模量是所述粘合层的弹性模量的十倍以上。
3.根据权利要求1或2所述的基板固定装置，其中，
所述静电吸附部件包括静电吸盘。
4.根据权利要求3所述的基板固定装置，其中，
所述静电吸附部件还包括在所述底板和所述静电吸盘之间的加热部分。
5.根据权利要求1或2所述的基板固定装置，其中，
所述底板包括：
金属基体，以及
树脂层，其布置在所述金属基体上并且位于所述金属基体和所述静电吸附部件之间。
6.根据权利要求1或2所述的基板固定装置，其中，
所述支撑部件的热导率与所述粘合层的热导率之间的差不高于2W/(m·K)。
7.根据权利要求1或2所述的基板固定装置，其中，
所述支撑部件的热膨胀系数为所述粘合层的热膨胀系数的0.1倍以上且10倍以下。
8.根据权利要求1或2所述的基板固定装置，其中，
所述粘合层设置在所述静电吸附部件和所述底板之间以覆盖所述支撑部件。
9.根据权利要求5所述的基板固定装置，其中，
所述支撑部件与所述树脂层直接接触。
10.根据权利要求1或2所述的基板固定装置，其中，
包括多个所述支撑部件，并且
多个所述支撑部件相对于所述底板的中心点而点对称地布置。
11.根据权利要求1或2所述的基板固定装置，其中，
包括多个所述支撑部件，并且
所述多个支撑部件的高度基本上相同。
12.一种制造基板固定装置的方法，所述方法包括：
在静电吸附部件和底板之间设置半固化粘合层和支撑部件，其中，所述静电吸附部件构造为吸附并保持基板，并且所述支撑部件构造为支撑所述静电吸附部件；以及
对所述静电吸附部件和所述底板进行加压和加热，以使所述粘合层固化；其中，
所述支撑部件与所述底板直接接触，并与所述静电吸附部件直接接触，并且
所述支撑部件的弹性模量高于所述粘合层的弹性模量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，
所述支撑部件的弹性模量是所述粘合层的弹性模量的十倍以上。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，
所述支撑部件的热导率与所述粘合层的热导率之间的差不高于2W/(m·K)。
15.根据权利要求12或13所述的方法，其中，
所述支撑部件的热膨胀系数为所述粘合层的热膨胀系数的0.1倍以上且10倍以下。
16.根据权利要求12或13所述的方法，还包括：
在使所述粘合层固化之后，研磨所述静电吸附部件的吸附面。
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